Thiolmolekyler driver guldatomer til at danne en skov af nanotråde med nyttige egenskaber

Justeringer af svovlholdige molekyler har gjort det muligt for forskere præcist at kontrollere væksten af ​​guld nanotråde, som potentielt er nyttige i forskellige applikationer, herunder biosensorer og katalyse.

Ligandmolekyler bruges til at forhindre nanostrukturer i at vokse sig for store, eller danner uønskede former. Suzhu Yu fra A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology og kolleger havde tidligere fundet ud af, at svovlholdige molekyler kaldet thioler, som binder til guld, kunne bruges til at dyrke meget tynde guld nanotråde. Nu har de undersøgt, hvordan præcist disse thioler gør deres arbejde, og vist, at forskellige typer thioler kan finjustere formen og størrelsen af ​​nanotrådene.

Forskerne fæstede guldpartikler på få nanometer brede til en wafer af silicium, og dyppede derefter denne samling i en opløsning indeholdende en guldforbindelse, en thiol ligand, og et reduktionsmiddel, der genererede guldatomer. Når de brugte en ligand kaldet 4-mercaptobenzoesyre (4-MBA), nanopartiklerne spirede en skov af guld nanotråde, der var 6 nanometer på tværs og omkring 1 mikrometer lange på 15 minutter (se billede).

Liganden binder sig stærkt til enhver udsat del af guld nanotråden, og interaktioner mellem ligandmolekyler holder dem tæt pakket på trådens overflade. Dette forhindrer guldatomer i opløsning i at klæbe til siderne af tråden, således at de kun forbinder den voksende tråd ved krydset mellem tråden og waferen. Følgelig, guld nanotråden vokser som hår, der spirer fra en follikel, i stedet for at danne en kugle. "Denne aktive overfladevækstmekanisme er fundamentalt forskellig fra andre guldnanowire vækststrategier, " siger Yu.

Ændring af positionen af ​​de kemiske grupper i liganden havde også en dramatisk effekt på nanotrådsvækst. I 4-MBA, thiolgruppen er på den modsatte side af molekylet til en carboxylsyregruppe. Hvis disse grupper er side om side, som i 2-MBA, carboxylsyren forstyrrer pakningen af ​​liganderne omkring nanotråden, lader guldatomer snige sig igennem og danne korte, klumpede nanostrukturer. En blanding af 4-MBA og 3-MBA ligander tillod nogle guldatomer at klæbe til siderne af nanostrukturen, efterhånden som den voksede, skabe en tilspidset nanotråd. En anden ligand, 2-naphthalenthiol, gjorde guldnanotråden ekstremt vandafvisende - en potentielt nyttig ejendom på funktionelle overflader.

Holdet håber at bruge denne tilgang til at lave andre guld nanostrukturer, og udforsk, hvordan de kan bruges som højeffektive elektroder i fleksible sensorer, eller som katalysatorer til at omdanne kuldioxid til nyttige produkter.